JPS62114489A

JPS62114489A - １相の半導体電動機

Info

Publication number: JPS62114489A
Application number: JP60252011A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀; Hideo Okada; 秀夫岡田; Ikumasa Ikeda; 池田　育正; Masayuki Yamamoto; 正幸山本
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd; Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1985-11-12
Filing date: 1985-11-12
Publication date: 1987-05-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、小出力の負荷の駆動源、例えば電子回路の冷
却用の電動ファンに利用されるもので、ｌ相の半導体電
動機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の／相の半導体電動機は、大別して次の３つの技術
のｌ相の電動機となっている。

第１には、周知の／相の′ＰＬ動機が自起動できないの
で、コギングトルクにより起動せしめる形式のものであ
る。

第２には、米国特許第Ｊ、　２９９．３３９号に開示さ
れた技術で、マグネット回転子の磁極のＮ。

Ｓ極の中間に無磁界部を設けることにより、起動を容易
としたものである。

第３には、米国特許第ｑ、ユｔ／、ｑ’；：’５号に開
示された技術で、マグネット回転子の主磁極に副磁極を
付加して、実質的に第２項の技術と同じ効果を有するも
のである。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のｌ相の半導体電動機においては、３つの
問題点がある。第１に、電気角で１８０度回転するとき
の初期と末期、特に末期においては、逆起電力が零であ
ることに加えて、磁心が磁気的に飽和することにより、
過大な電機子電流が流れ、トルクに寄与しないジュール
損失が大きくなり、効率の低下を招いている。

又飽和しない場合においても、磁気エネルギを蓄積する
為に大きい電流が流れているので、同じく効率の低下を
招いている。

第２に、これを防止する為に、前述した米国特許第３．
２９９．３３！ｉ号及び第ｑ、コ／／、　９１．３号の
技術があるが、この技術においては、マグネット回転子
の磁界の全部をトルクに有効に利用できない為に効率の
低下を招く欠点がある。コアレスの電動機においては、
上述した磁心が磁気的に飽和する現象はないので、効率
の低下は小さいが、低下のあることに変りはない。又原
理的に電機子コイルの往復通電ができない構成となって
いるので、コ系統の電機子コイルに片方ずつ通電してい
る。従って、出力トルクが小さくなる欠点がある。

第３に、電機子コイルの通電が断たれたときに、蓄積さ
れた磁気エネルギを放出する為に、電機子コイルに並列
にツェナダイオードが接続されているｂこのツェナダイ
オードのブレークダウン電圧は、電源電圧を超えている
必要がある。従って、磁気エネルギの大部分は、ツェナ
ダイオードの内部で消費されることになり、出力トルク
に寄与することなく無効な電力損失となる欠点がある。

３相のこの種の電動機の場合には、ダイオードが利用で
きるので、通電が断たれたときに、僅少な損失のみとな
り、大部分の磁気エネルギが出力トルクに転化できるも
のである。

上述した理由の為に、第１、第２。第３のいずれの場合
でも、効率が低下して、３Ｓチ位が限界となっている不
都合がある。

Ｃ問題点を解決する為の手段〕電機子コイルの通電の末期において過大なジュール損失
を発生することを防止する為に、通電の初期及び末期の
所定の区間だけ通電を停止せしめている。かかる手段に
よると、コギングトルクが正トルクのときに、電機子コ
イルによるトルクが零か若しくは小さくなっているので
、起動が困難となる。特に、効率を上昇せしめる為に、
マグネット回転子の着磁波形を矩形波に近づける程上記
した不都合が発生し易くなる。この不都合を除去する為
に、通電の初期と末期の通電の遮断区間を調整し、初期
は僅少に、末期を大きくしている。

更に又、電機子コイルに蓄積された磁気エネルギを出力
トルクに有効に転化する手段を採用して本発明の目的を
達成している。

〔作用〕

電機子コイルの通電の初期では、磁心即ちコアのある電
動機の場合にはそのインダクタンスはｍミリヘン９位（
出力が／−２ワツトの電動機の場合）なので、電流の立
上りは比較的おそく、逆起電力は小さいが、電流値が小
さく、ジュール損失も小さく効率に与える影響は少ない
が、効率の低下を招くことになる。

しかし通電の末期では、マグネット回転子の纏束により
、コアがほぼ飽和し、コイルのみのインダクタンスとな
るので、３ミリへンリ位にインダクタンスが減少する。

従って界磁磁界が小さく若しくは零のときの通電の末期
では、著しく大きい電機子電流が流れ、しかもこれはト
ルクに寄与しないので効率を劣化する主因となる。

コアが飽和しない場合でも、蓄積される磁気エネルギの
為に電力消費を伴ない効率の劣化を引起す事情に変りは
ない。かかる不都合を除去する為に、通電の初期と末期
の通電を遮断して効率を周知のこの種の電動機より２０
−．２３％位上昇せしめているのが本発明の作用である
。

又上述した手段によると、前項において説明したように
、自起動が困難となる。従って、通電の初期の遮断区間
を小さく、電気角で１０度位とし、末期のそれをＪＯ度
位としたものである。

更に又電機子コイルに蓄積した磁気エネルギをトランジ
スタのようなスイッチング素子を利用して、出力トルク
に転化して更に効率を上昇（７〜５％効率が増大する。

）せしめる手段を付加したものである。本発明装置は又
電機子コイルの往復通電ができるので、出力トルクを増
大せしめることができる特徴がある。

〔実施例〕

次に、本発明装置を図面に示す実施例により、その詳細
を説明する。同図面中の同一記号のものは同一の部材な
ので、その説明は省略する。

第１図は磁心のある電動機の全体の構成を示す正面図で
ある。

第１図において、記号グは、珪素鋼板を積層して作った
電機子磁心である。タボールの構成となり、突極は記号
グａ、ダＡ、’４０．’Ｉｄとして示され、それ等の巾
はｑｏ度より少し小さ１（＋され、りＯ変能間している
。

各突極には、電機子コイルｓａ、ｓｂ、ｒｅ。

りｄが装着されている。磁心ｑの中央部は空孔となり、
金属円筒２が嵌着され、この円筒−により、磁心４ｔは
本体（図示せず）に固定されて、固定電機子を構成して
いる。

円筒λの内部には、ボール軸承３の外輪が嵌着され、内
輪には、回転軸／が回動自在に支持されている。

回転軸ｌのｌ端には、カップ状にプレス加工された軟鋼
カップ／３の底面中央部が固定されている。

カップ１３の内側には、円環状のマグネット回転＋６が
固定され、マグネット回転＋６には、ｑｏ度の開角のＮ
、Ｓ磁極が図示のように配設され、その磁極は、空隙を
介して突極ｑα、ｌｌｂ。

・・・と対向して、回転軸ｌとともに回転する。

突極ｑαの左側矢印Ｂは、を社寸コｉ空隙（最も大きい
部分でｏ、ｇミリメートル位）を介して、磁極６αと対
向し、右側Ｃ点も空隙（等しい長さの空隙部が全空隙の
約／／、、？となって、その空隙長は０．！；　ミリメ
ートルである。）を介して磁極６αと対向している。

上述した空隙は、他の突極Ａｈ、ｌ、Ｑ、Ａｄにも同様
に設けられている。かかる手段により、コギングトルク
が発生して自起動できるものでの展開図である。以降は
角度はすべて電気角により表示するものとする。

第２図において、矢印で示す空隙３ａはＯ０ｓミリメー
トル、空隙Ｓｆは０９３４９メートルである。上述した
構成は、周知のｌ相の半導体電動機であるが、これ等は
、第３図につき後述する理由により、効率が劣化し、入
力がｌ−ユワット位のもので、その効率は、？コチ〜Ｊ
ｊ％位となっている。３相のこの種のものは、６０〜７
０チの効率となっているのに比較すると、効率は著しく
劣化している。

本発明装置は、か力・る効率の劣化する原因を除去して
、効率をＪ％〜ｎ％上昇せしめて、６０チ〜Ｊｊ１位と
した構成としたものである。次にその詳細を説明する。

第９図（α）は、第１図の電動機の電機子コイルタα、
　！ｒｂ、・・・、５ｄの通電制御回路である。

第９図（α）において、磁電変換素子となるホール素子
ざａ、ｇｂの出力は、オペアンプ／／Ｘ。

／／Ａにより増巾される。記号／Ｑ　ａ　、　１０　ｂ
は電源正負極である。

ホール素子ｇαの出力は、オペアンプ／ｌα及び反転回
路を介して、アンド回路／りα、１５ｂの１つの入力と
なっている。ホール素子ｔｂの出力は、オペアンプ／／
Ａ及び反転回路を介して、アンド回路／３α、／！；ｂ
の他の入力の１つとなつている。

オペアンプ／ｌαの４点の出力は、第Ｓ図のタイムチャ
ートの曲線２／　ａ　、　２１　ｂ　、・・・となる、
オペアンプ／／ｂのに点の出力は、９５ｔ図の曲線２．
２α、　、２．２　ｂ　、・・・となり、両者の位相差
は、ホール素子ｇα、ｇｂの距離となる。前者が電気角
で昭度進相している。アンド回路／Ｓαの出力、即ち０
点の出力は、第５図で曲線！、？α、　、２Ｊ　ｂ　、
・・・とじて示される。

アンド回路／りｂの出力即ちＤ点の出力は、第３図で、
曲線２１４１！　、　、２４ｔ　Ａ　、・・・として示
されている。

上記したＣ、Ｄ点の出力により、トランジスタ／４（α
、／’Ｉｂのペース制御か行なわれているので、電機子
コイルｊ；ａ、ｊ；ｅ及びｒｂ、りｄは、マグネット回
転子ＡＳね回転する毎にその通電が交替されて、ｌ相の
半導体電動機として駆動される。尚記号１０α、　ｉｏ
　ｅ及びｉｏ　ｂは直流電源圧負極である。電機子コイ
ルｊ；ａ、ｊｉＣ及び！ｂ、！ｒｄは直列並列のいずれ
の接続でもよい。

ホール素子ｇα、ｔｂは、同じ目的を達するものであれ
ば他の位置検知素子でもよい。

第Ｓ図の曲線コα、　、ｌｕ　ｂ　、・・・は、マグネ
ット回転＋６の各磁極の磁界分布曲線と考えてもよく、
又一般の１８０度（電気角）通電時の７相の電動機の出
力トルク曲線と考えてもよい。本明細書では後者の出力
トルク曲線と呼称する。

曲線２／α、　２／　ｈ　、・・・は、出力トルク曲線
ｎａ。

ｆｆ　Ａ　、・・・より７０度進相し、曲線２コα、　
２２　ｂ　、・・・は、３０度だけ位相がおくれでいる
。

曲線２３αの左側矢印の巾は７０度、右側矢印の巾は３
０度となっている。上記した角度が、出力トルク曲線お
αとの差の角度となっているものである。

以上の説明より判るように、トランジスタ／Ｑａ　、　
１１　ｂのベース入力は、第３図の曲線２３α。

コＪｈ、・・・及び曲線、２４α、　４ＩＡｂ　、・・
・の電圧となるので、ＩｇＯ度通電の場合のトルク曲線
おαの初期の７０度は削除され、又末期の３ｇ度も削除
される。又電機子コイ゛ルｓａ、５ａ１１！：ｓｂ、ｓ
ｄは交互に通電される。従って、電機子電流曲線は、第
Ｓ図の曲線コ、−ざｂ　、　、２ｇ　ｃ　、・・・のよ
うになる。

上述した事実の詳細を第３図について説明する。

第３図は、マグネット回転子６の７部の磁極６α、　Ａ
　ｂ、　ｌ、ｄ及びこれに対向する突極グα。

電機子コイル左αの展開図を示している。

突極１ＩｌＩが磁極６αに正対したときの図面が示され
ている。電機子コイルＳａが通電され、Ｎ極に励磁され
、磁極６αが矢印Ｙ方向に回転する場合を考えると、磁
極６ａによる磁束は矢印３２の方向となり、又電機子コ
イル左αによる磁束の方向は矢印、？−と反対方向とな
り、通電とともに急速に矢印、？−の方向の磁束は減少
するので、大きい逆起電力が発生し、電機子電流は、第
Ｓ図の曲線、２ｇの左端の立上り部となり、過大な電流
は抑止される。従って、この部分の界磁磁界は零若しく
は小さく、出力トルクも小さいが、ジュール損失も僅少
となり、効率に大きい影響を与えることはない。

次にマグネット回転＋６が矢印Ｙ方向にｑｏ度（機械角
ではｑり度）回転する間に、磁極乙αによる矢印、？−
の方向の磁束は減少して零となる。

又この間に電機子コイルｊａによる矢印３７ユと反対方
向の磁束は、はぼ一定なので、合成磁界は、矢印、？二
と反対方向に漸増し、これによる逆起電力も増加して、
４０度回転したときに逆起電力は最も増大する。即ち電
機子コイル５αを貫通する磁束の大きさの時間に対する
変化率が大きくなるものである。従って電機子電流は、
第３図の曲線Ｈの中央部の低い値となる。

次のｑｏ度の回転時には、その初期において、磁極６ｄ
（Ｓ極）により、矢印３．？の方向の磁束が突極ｑαに
流入し、この方向は電機子コイルＳαによる磁束と方向
が一致するので、合成磁束の時間に対する変化率は最大
となり、従って逆起電力も最大値となり、電機子電流も
最低値となり、又効率も最大となる。この点が第３図の
曲線２ｇの中央部の少し右側の点となっている。

更にマグネット回転子６が回転すると、矢印、？、７で
示す磁極６ｄによる磁束が急速に増加して、磁心は飽和
に近づくので、誘導常数が急速に零に近づき、インダク
タンスが急減する。実測によると、曲線、２Ｓαの左端
部ではインダクタンスが２０ミリへンリ、右端では、Ｓ
ミリヘン９位となる。ただし、入力がｌワット〜コワッ
ト位の電動機の場合である。従って、逆起電力も急減し
て電機子電流は急増する。更に又インダクタンスに比例
する磁気エネルギも急減するので、放出された磁気エネ
ルギは電機子電流を増大せしめる結果となる。従って、
第Ｓ図の曲線コざの右端の点線２ｇαのように、電機子
電流が急増し、１ＫＯ度回転したときに、電機子電流は
切断されるが、このときのピーク値は実測によると、起
動電流とほぼ同じ値となる。

この近傍では、界磁磁界は小さいか零となっているので
、出力トルクは殆んどなく、無効なジュール損失が急増
する。

他の磁極’ｌｂ、１７０．ｌｉｄについても事情は全く
同じである。

マグネット回転子６が回転するに従って、第Ｓ図の曲線
コｇ、、２ｒｃ、・・・に示す曲線の電機子電流となる
。

毎分３０００回転の電動機とすると、１回転毎に９個の
曲線２ｇ　、　２Ｅ　Ｃ、・・・が得られるので、毎分
／コ０００　　個の曲線−ｇ、２ＫＯ，・・・で示す通
電が行なわれる。この事実は極端な表現をすると、７分
間に／１０００　　回起動が行なわれる直流電動機とな
り、効率の劣化を招く主原因となっていることが理解さ
れる筈である。

上述した欠点を除去するには、第Ｓ図で前述したように
、曲線２３α、３ｈ、・・・及び曲線、２４ｆ８゜２１
１ｂ、・・・ヲトランジスタ／ＩＩ　ａ　、　／４（ｂ
のペース入力として、電機子電流曲線コαの初期の／θ
度位及び末期の３０度位を切断することが最適の手段と
なる。

かかる手段により、通電の末期の大きいジュール損失は
回避されて効率が前述したように著しく上昇する。

又初期における７０度の切除は、電機子電流が小さいこ
とと、磁界が小さいので、効率に余り影響はない。しか
しホール素子ｇα、ｇｂの位置が若干ずれていても反ト
ルクの混入がなく、製造が容易となる利点がある。

次に通電の初期において、ＩＯ度位通電を遮断する理由
の詳細について説明する。

第Ｓ図において、曲線２３　ｇに示されるように、初期
の７０度の巾の通電が遮断されている。

若し上記した通電の遮断のない場合を考えると、ホール
素子ｆａ、ｔＩｌの位置が少し点線ツαより右方にずれ
ていたとすると、出力トルクは、この点において、曲線
Ｍａの延長部点線Δで示すように反トルクと々る。

曲線２Ａは、前述したコギングトルク曲線で、自起動の
為に必要なものである。

上述した反トルクが、コギングトルクス６より大きくな
るか等しいと、起動時に振動して、起動できなくなる欠
点がある。

特に、出力トルクを大きくする為に磁極１．ａ。

Ａｈ、・・・の磁界分布を矩形波、に近くすると、上述
した欠点は著しくなり、量産時においては、ホール素子
ざα、ｔｂを正確に所定の位置に固定することは不可能
で、実質的に±二度位の誤差のあることは常識である。

従って１本実施例のように、矩形波に近い着磁をすると
、かかる欠点があると生産ができなくなる。

本発明装置のように、初期のＩＯ度位の通電を遮断して
おくと、コギングトルクのみとなるので、上述した欠点
が除去され、しかも効率を上昇せしめる効果がある。

尚本実施例に示されるように、補極がないので、突極ｓ
ａ、ｓｂ、・・・の巾を磁極中に近くできるので、トル
クを増大し、又効率の上昇に有効な手段となるものであ
る。

他の曲線鯰＝丑オｂ　、・・・についても事情は全く同
様である。

上述した事情は、マグネット回転＋６の磁極数及び対応
して突極の数を増加した場合においても全く同様である
。

前述したように、突極ｑα、４ｂ、・・・の巾が１８０
度に近いので、出力トルクが大きく、しかもこれ等によ
るコギングトルクが僅少となるので、起動が確実となり
、又機械騒音の少なくなる効果がある。

以上の説明より判るように、本発明装置は、効率が上昇
し、周知のこの種の電動機に比較して、／３　、２０％
加算された効率が得られる特徴がある。上述した、通電
の初期と末期の、ＩＯ度位と３０度位の非通電区間は、
目的を達する角度であれば、増減することは差支えない
。

次に第９図（α）につき、電機子コイルに蓄積された磁
気エネルギを出力トルクに有効に転化する手段について
説明する。

オペアンプ／／Ｉ＋の出力は、トランジスタ／Ａ　１１
のベース入力となっている。オペアンプ／／ＩＩの出力
がハイレベルのときのみに、トランジスタノルαは導通
される。オペアンプ／／ａの出力がローレベルのときに
は、トランジスタ／Ａ　Ａが導通される。

トランジスタ／ＩＩ　ｇが導通ずるのは、第５図の曲線
２３　＆の電気信号がベース入力となったときで、電機
子コイル３ａ、！；Ｄが通電される。

この通電が終了すると、蓄積磁気エネルギは、矢印方向
に放電される。このときに、トランジスタノルαが導通
しているので、これを通して放電し、この電流曲線は、
第左図で、記号ｘ　ｂで示され、出力トルクに寄与する
ものとなる。

トランジスタ／Ａ　ｂについても全（同じ事情で、電機
子電流の断たれると同時に、蓄積磁気エネルギの放電は
、出力トルクに転化する。

一般に、上述した曲線Ｍ　ｂによる通電は、ツェナダイ
オードにより行なわれているが、ツェナーダイオードの
ブレークダウン電圧は、電源電圧にほぼ等しくされてい
るので、その内部損失が大きく、磁気エネルギの大部分
はジュール損失となり、出力トルクに寄与する部分は僅
少となる。父上記した通電は、急速に終了するので、機
械的騒音発生の主原因となる欠点がある。

本発明装置によると、トランジスタ／Ａ　１１　、　／
Ａ　ｂの内部損失が僅少なので、磁気エネルギの大部分
が出力トルクに転化し、通電時間が延長されるので、機
械的騒音の発生は僅少となる効果がある。

電機子コイルタｂ、りｄが通電されているとキニ、トラ
ンジスタ／ダαは不導通に保持されているので、電機子
コイル３α　５ｃには矢印方向の誘導出力が発生してい
る。しかしトランジスタノルαも不導通に保持されてい
るので、反トルクの発生はない。

以上の説明より理解されるように、第Ｓ図の曲線ユ３α
の右端で電機子電流が断たれたときには、大きい磁気エ
ネルギが電機子コイルに蓄積されているが、この磁気エ
ネルギは正トルクに転化されるので、更に効率が上昇し
てｓ％位の効率の上昇がある。

第９図（α）におけるトランジスタ／Ａ　ａ　、　／Ａ
　Ａは、ＳＣＲを使用してもよい。この場合に、これ等
のゲート入力がローレベル入力により、トリガされるも
のの場合には、トランジスタ／Ａα、　／Ａｂの代りに
ＳＣＲとし、ベース入力をそのままゲート入力として利
用することができる。

本実施例は、ホール素子を一個使用するが、その出力を
矩形波パルスとして処理しているので、ホール素子の感
度、不平衡電圧、温度係数による影響が除去できる効果
がある。

第９図（ｂ）は、電機子コイルＳα、夕り、！；ｅ。

りｄを直列若しくは並列に接続し、（この接続体が電機
子コイル／りとして示されている。）これに往復して通
電することにより回転トルクを発生せしめる／相の半導
体電動機を構成したものである。

トランジスタ／ｇα、　１ｇ　Ａ　、　１ｇ　ｅ　、　
１ｇ　ｄはトランジスタブリッジ回路となっている。端
子Ｊα。

コθｂには、（−）図のアンド回路／３α、／ｒｂの出
力がそれぞれ入力されている。従ってトランジスタ／ざ
Ｑ　、　１ｇ　Ａと１ｇ　ｃ、　１ｇ　ｄは交互に導通
する。

従って、第Ｓ図の曲線２３α、　、２ｊ　ｂ　、・・・
の入力により、電機子コイル／７は右方に通電され、曲
＠、！ｌα、　２Ｑ　ｂ　、・・・の入力により、電機
子コイル／りは左方に通電されて、マグネット回転子６
が７ｇθ度回転する毎に通電方向が交替されて駆動トル
クが発生する。

通電の巾は１１８０度で、１ｇ０度の巾の通電に対して
、初期は７０度位おくれ、末期は３０度位早く通電が終
了するので、効果は前実施例と同様である。しかし全電
機子コイルを有効に利用できるので、出力トルクは一倍
となる。

第５図の曲線、２３１＋の電気信号により、電機子コイ
ル／７が右方に通電されているときに、曲線芯する時間
巾のものである。）のローレベルの電気信号が得られ、
これＫよりトランジスタ７９ａが導通される。

従って、電機子コイル／りの蓄積磁気エネルギは、トラ
ンジスタ／９αを介して放電され、出力トルクを増大す
る効果は、第１図（αンの場合と同様である。

学安定回路７９ｃ、）うｙラスタ／９　ｂの作用も又全
く同様で、電機子コイル１７が左方に通電されていると
きに、電機子コイル１７の通電が断たれたときに、蓄積
磁気エネルギは出力トルクに転化する効果がある。

次に、第６図（りに示す回路について説明する。

第６図（α）において、ホール素子ｇは、電機子の所定
の位置に固定され、マグネット回転子６のＮ、Ｓ磁極に
対向することにより、オペアンプ３０α及び３０　ｂよ
り正の出力が得られる。第１図のタイムチャートにおい
て、Ｅ、Ｆ点の出力が、曲線ｔＩＯα、ｑθｂ、・・・
、及び曲線ｔＩ／α、　’４／　ｂ　、・・・とじて示
されている。オペアンプｊ（１）　ｇ　、　３０　ｂは
非反転増巾回路となり、リニヤ増巾をする増巾器を構成
している。

ホール素子ざは、前実施例の場合と異々す、サイン曲線
に近いものがよいので、マグネット回転＋６の端面に、
サイン曲線に近い着磁を行ない、これに対向してホール
素子を設けるものである。

オペアンプＪＯａの出力は、ダイオード、？コα及びコ
ンデンサ、？、？　＋１により積分され、初期の立上妙
の曲線を有する曲線４（６ａで示すものとなる。

初期の直線部ｌＩ７は、抵抗３’１ＴＩＣよる電圧降下
分である。従って７つの規準電圧となる。１点の出力が
第１図で曲線４’Ａ　ａで示されている。オペアンプ３
１の出力は、反転回路を介してトランジスタ３りαのペ
ース入力となり、又直接にトランジスタＪ４ｔ　Ａのベ
ース入力となっている。

従って、６点の出力は、第１図の曲線鉢α。

絆す、・・・となり、Ｅ点の出力は、曲線ｚｔ　ａ　、
　１ｌｔｂ、・・・となる。

電気信号２＋αにより、トランジスタ３ダαが導通ずる
ので、コンデンサ、？、？　ａは放電して曲線ダ６αの
末端は、記号’１７６のように切断される。曲線Δ八に
ついても事情は全く同じで、図示のような形となる。

２個の抵抗３３α、　３！　ｂにより分割された１点の
電圧の曲線は、第１図の同一記号の点の曲線ｌＩ、ｒ　
ａとなる。

順次に到来するオペアンプ３０αの出力も同一の形状の
曲線に変化され、曲線ｑｇ　ｂ　、・・・とじて示され
ている。

オペアンプ３ｇαは比較回路となり、Ｅ点の出力と１点
の出力を比較し、Ｅ点の出力電圧が、１点の出力電圧よ
り大きいときのみに出力があるので、端子３９　ａ即ち
に点の出力は、第１図の同一記号の点の曲線５１α、　
Ｓｌ　ｂ　、・・・とじて示さ電圧と曲Ｍ’ｌＯａの正
の部分の左端が比較され、又曲線ｕｒ　ａの電圧と曲線
ｑ０αの正の部分の右端が比較され、前者より後者の大
きい部分が、端の角度が約７０度となるように調整され
ている。

曲線５ＩＣの左端は、点線値と曲線ｑθａの交点の位置
となっている。曲線Ｓｌαの右端は、点線ａｎαの交点
の位置となっている。従って、矢印ｓｏ　ｂの巾が３０
度となるように、曲線轄αの高さく矢印弘９で示す）が
設定されているものである。

第１図（りのＦ点の出力は、第１図の曲線１＋／α。

Ｑ／　Ａ　、・・・となるので、ダイオード、１２　ｂ
　、コンデｙす３．？ｂで積分された出力は、その後縁
が、トランジスタ３４ＬＡの導通により切断されるので
、第１図の曲線’Ｉｔ　１１　、μ６ｂ、・・・と同じ
形状となり、位相が１８０度進んだものとなる。

抵抗３Ａα、　、７Ａ　ｈで分割された電圧も、曲線轄
α、　ｌＩｇｈ　、・・・と同じ形状で、位相の差が１
８０度のものとなる。これが、第１図で、Ｌ点の出力と
して、曲線３２　Ｋ　、　３２　Ａ　、・・・とじて示
されている。オペアンプ３１　ｂの出力端子３９　ｂの
出力も、？ｇ７図の曲線５１α、　！；／　ｈ　、・・
・と同じ形状で、位相の差は１８０度となっている。こ
れが、Ｍ点の出力として、曲線！；３　ｇ　、　５Ｊ　
Ａ　、・・・とじて示されている。

以上の説明より判るように、端子３９α、３９ｈの出力
は、第１図のアンド回路／りα、ｉｒｂの出力と全く同
じ位置検知信号となるので、第ｑ図Ｃ１＋）　、　（ｂ
）の場合と同様に電機子コイルｊｒａ、！；ｂ。

！ｒａ、りｄ及びｌりの通電制御を行なうことができ、
その作用効果も又同様である。

ホール素子ｔは、温度により、又不平衡電圧により感度
が異なっている。

しかし、第１図の矢印点線ｔＩｏの長さが変化すす巾は
３０度となり、常にこの値に保持される特徴がある。

このときに、曲線５１ａの左端の７０度も変化するがそ
の値は小さく問題となるものではない。

次に第６図Ｃｂ）の回路について説明する。

第６図（ｈ）において、ホール素子にの左右の出力は、
オペアンプｂｏａ、ｂｏｂにより、トランジスタＡＩ　
＋１　、　Ａ／　ｂを介して、抵抗１，２ａ　、　６２
　ｂの電圧降下として出力される。

ホール素子ざの右側に出力があるときには、反転増巾回
路となるオペアンプｔ、Ｏａの出力は、負のレベルとな
り、トランジスタ６１αを導通して、抵抗６２　ａに電
圧降下を生ずる。この電圧は、ホール素子ざの不平衡電
圧に無関係となる効果がある。

オペアンプ６ｏｂ、トランジスタＡ／　Ａも同じ効果を
有するものである。

抵抗６２α、Ｉ！、２ｂの電圧降下は、第１図において
、曲線５ダａ　、　ｙｓ　ｂ　、　−・・及び曲線５７
　α、　５７　Ａ　。

・・・としてそれぞれ示されている。曲線外α、外す、
・・・及び５７α、５７ｂ、・・・は、図示のように所
定角だけ、曲線ｑＯα、ｑθｂ、・・・及び曲線４（／
α。

’７１ｈ、・・・より位相がおくれるように、ホール素
子ｇは電機子に固定されている。

８点の出力は、オペアンプ６３αとダイオードにより、
ダイオードによる電圧降下を除去して、コンデンサ３、
？αにより積分される。

Ｐ点の出力も、オペアンプ６．７　Ａとダイオードによ
り、同じ作用で、コンデンサ３．？ｂにより積分される
。

抵抗３Ｓα、、７！ｒｂ及び抵抗３Ａα、３Ａ６及びオ
ペアンプｙｔ　ｇ　、　３ｇ　ｂは、第６図（−）の同
一記号の部材と同じ作用を有するものなので、端子３９
ａ。

３９　Ａ即ち０点とＱ点の出力は、第１図の曲線Ｓ６α
、　Ｓｔ　ｂ　、・・・及び曲線ｓｔｔ　ａ　、　ｓｇ
　ｂ　、・・・となる。

コンデンサ３．？α及び３，７ｂの充電電圧は、点線５
Ｓ及びＳｔとしてそれぞれ示されているので、点線ＳＳ
と曲線５弘α、りａｈの交点の位置が、曲線Ｓ６α、５
６ｈの立上り部と降下部となっている。

曲線５６αの左側矢印の巾が７０度となるように、右側
矢印が３ａ度となるように、曲線外αは左方に所定角だ
け位相がずらされているものである。

他の曲線５Ａ　ｂ　、についても同様な手段が採用され
ている。

点線Ｓ９は、コンデンサＪ、？　ｂの充電電圧となって
いるので、同様に１曲線５７　ｇ　、　３’？　Ａとの
交点の位置が、曲線−’Ｊα、ｓｇｂの立上り部と降下
部の位置となり、曲線、５′ｇαの立上り部と点線（ｑ
。

度の位置）との巾は７０度となり、降下部と点線（１８
０度の位置）との巾は３０度となっている。

電源スィッチを投入した直後では１点線りＳの初期ＳＳ
　ａ部の電圧は漸増するので、曲線外αの左端が左方に
延長されて、若干の反トルクの発生があるが、みじかい
時間後に、コンデンサ３．？ａの充電が終了するので上
記した左方の延長部は消滅する。従って実用上差支えは
ない。

曲線５Ａａ　、　５Ａ　Ａ　、　・・・及び曲線３１！
＆　、　！；１１　ｈ　、・・・は、前述した曲線３１
　ａ　、　Ｓｌ　ｂ　、・・・及び曲線Ｓ３α。

５３ｂ、・・・と全く同じ形状なので、同じ作用効果の
位置検知信号として、端子３９　ｇ　、　Ｊｑｂの出力
を利用できるものである。

次に、第Ｓ図のコギングトルク曲線２Ａ、、２りの説明
をする°。

曲線コα、　Ｑｆｆ　Ａ　、・・・は、出力トルクの曲
線とも考えられるものであるが、一般の１８０度の通電
の場合には、その死点の位置で、コギングトルク曲線：
ＬＡの最大値があるようにすることにより自起動せしめ
ている。

しかし、本発明装置では、曲線Ｗａの末期の３０度位と
曲線ｗｂの初期のＩＯ度位の出力トルクが削除されてい
るので、死点の巾が大きく自起動しない場合が生ずる。

図面よね判るように、ホール素子ｔの位置が、量産時に
少しずれて電機子に固定されることがある。このときに
上述した問題が発生し易い。

か、６−る欠点を除去する為に、コギングトルク曲線ム
の位相を、所定角だけ左方におくらせて、点線曲線コア
で示されるコギングトルクとすることが適切な手段とな
る。

かかる手段の為に、曲線コαの右端の３０度の巾の出力
トルクの欠除部分に、コギングトルクのピーク値が移動
して、起動トルクを大きくすることのできる効果がある
。従って自起動が確実となるものである。

第１図、第２図で説明したように、磁極ｑα。

ｌＩｂ、・・・の左右の空隙長を異ならしめ、左のシ３
の空隙長を大きくし、右の／／３のそれを小さくするこ
とにより、コギングトルク曲線２７を得ているものであ
る。両者の空隙長を／／コずつとすると、コギングトル
クは曲線ムのようＫなるものである。

上記した所要の空隙長の比、形状は目的を達するもので
あれば変形をすることは自由にできるものである。

〔効果〕

本発明装置を、入力がｌ−λワット位の他流ファンの、
駆動源として利用した場合を例とすると、同一形状の従
来のものの効率が３０％−３３チ位であるのに比較して
、効率が５ＯＳ〜５５％位に向上し、又騒音が減少され
、当然電動機自身の発熱も減少して冷却効果を大きくで
きる。銅損が損失の大きい部分を占める小型ｌ招電動機
に本発明を適用すると有効である。又電機子コイルに蓄
積された磁気エネルギを出力トルクに有効に転化できる
ので、史に付加゛して効率を３％位上昇せしめることが
できる効果がある。更に又、必要によって、ホール素子
を１個とすることができる。又、出力トルクを大きくす
る為に電機子コイルに往復して通電することができる。

又自起動を完全に行なう手段を付加することができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の正面図、第２図は、マグネット
回転子と固定電機子の突極の展開図、第３図は、マグネ
ット回転子の磁極と突極間の磁束変化を示す説明図、第
９図は、電機子コイルの通電を制御する通電制御回路図
、第５図は。第９図の通電制御回路の各部の電気信号のタイムチャー
ト、第６図は、本発明装置の他の実施例の通電制御回路
図、第り図は、第６図の回路の各部の電気信号のタイム
チャートをそれぞれ示す。ｌ・・・回転軸、　　コ・・・ポール軸承、３・・・円
筒、　　　Ｑ、４１ａ、４１Ａ、　ｌｌ　。固定電機子及びその突極、　　！α、！；ｂ、！；ｅ、
、！；ｄ、／７・・・電機子コイル、　　　乙・・・マ
グネット回転子、　　Ａ　ｇ　、　Ａ　Ａ　、　Ａ　Ｉ
　、　Ａ　ｄ　・・・磁極、　　／３　・・・軟鋼カッ
プ、　　　ｇ、ｔｇ、ｇｂ・・・ホール素子、　　１０
　ａ　、　ＩＯＡ　、　１０　ｅ・・・電源圧負極、　
　／／　ａ　、　／／　ｈ　、　３０　ａ、　３０　ｂ
　、　３ｇ　ａ　、　３１Ａ　、　６０α、　６０　ｂ
　、　４Ｊ　ａ　、　Ｉ；Ｊ　Ａ・・・オペアンプ、／
！α、／左ｂ・・・アンド回路、　　／りα、　／４Ｌ
　ｂ　、　／Ａａ　、　／Ａ　ｂ　、　１ｇ　ａ、　ｌ
ｌ　Ａ　、　１ｇ　ｅ　、　１ｇ　ｄ　、　／９　ｇ　
、　／９ｈ　、　Ｊ４Ｃα、　Ｊ４’　ｂ　、　６／　
１１　、４／　Ａ・・・トランジスタ、７９’　ｃ　、
　／９　ｄ　・”単安定回路、　　２／　ａ　　２１　
ｂ　・４点の出力波形、　　ｊ、２　ａ　、　＋２．Ｉ
　ｂ　、−、＋２３０　、．２Ｊ６．・・・Ｂ、Ｃ点の
出力波形、　　コ４１ａ、−弘す。・・・０点の出力波形、　　Ｓα、　２！　ｂ　、・・
・出力トルク曲線、　　ム、コ？・・・コギ／グトルク
曲線、２ｇ　、　、２ｔｂ　、　ｕｆｆ　ｅ　、　−・
・通電電流曲線、　　ｌθａ。ｑｎ　ｂ　、・・・、　ｇｌα、　１４／　１１．・・
・ＪＰ点の出力波形、舛α、鉢ｂｌ・・・、釘ａ、タタ
６．・・・Ｃ，ｆｆ点の出力波形、　　Ｉｌｌ、ａ（７
６６・・・　ダｌ（ａ　　りに６　・・・１．１点の出
力波形、　　５／　ａ　、　５１　ｂ　、−、！；２ａ
　、　３２　Ａ　、　・Ｋ　、　Ｌ点の出力波形、　　
５３ａ。！；３ｂ　、−、’；’Ａａ、Ｗｂ　、　・Ｍ、Ｎ点の
出力波形、５７ａ、タフｂ　、　・、　５ＩＩａ、　！
；ｌｂ　、　・Ｐ　、　Ｑ点の出力波形、　　５６α、
　ｓｂ　ｂ　、・・・０点の出力波形。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マグネット回転子ならびに固定電機子を備えた１
相の半導体電動機において、固定電機子の突極に装着さ
れた複数個の第１、第２、第３、・・・の電機子コイル
と、該電機子コイルに対向して、等しいピッチで、異極
が隣接するようにＮ、Ｓ磁極に着磁された前記したマグ
ネット回転子と、該マグネット回転子の磁極面に対向し
て固定電機子側に固定され、該回転子の位置を検出して
、磁極の磁界の強さに対応した位置検知信号を発生する
磁電変換素子と、マグネット回転子に対向する突極面を
回転方向に関して、初期の１／３位が所定の空隙長とな
るように、次の２／３位がより大きい空隙長となるよう
に削除してコギングトルクを発生せしめる手段と、前記
した磁電変換素子の出力により、等しいピッチで、電気
角で１８０度互いに離間するとともに、巾が電気角で１
４０度位の位置検知信号列を発生せしめる電気回路を含
む位置検知装置と、該電気回路より得られる奇数番目の
位置検知信号及び偶数番目の位置検知信号により、それ
ぞれに対応する奇数番目の電機子コイルならびに偶数番
目の電機子コイルに直列に接続された第１、第２のトラ
ンジスタを付勢して両電機子コイル群を交互に通電する
とともに、通電の初期の電気角で１０度位と末期の電気
角で３０度位の区間の通電を遮断する通電制御回路と、
奇数番目の電機子コイルならびに偶数番目の電機子コイ
ルのそれぞれに並列に接続された第３、第４のトランジ
スタと、奇数番目の位置検知信号の末期の電気角で３０
度位ならびに偶数番目の位置検知信号の末期の電気角で
３０度位の区間を、第３、第４のトランジスタを少なく
とも導通状態に保持する電気回路とより構成されたこと
を特徴とする１相の半導体電動機。
（２）第（１）項記載の特許請求の範囲において、電気
角で１８０度の通電をしたときの出力トルクより位相が
電気角で１０度位進んだ第１の位置検知信号を発生せし
めるように、固定電機子側に固定した第１の磁電変換素
子と、前記した出力トルクより位相が電気角で４０度位
おくれた第２の位置検知信号を発生せしめるように、固
定電機子側に固定した第２の磁電変換素子と、第１、第
２の位置検知信号を入力とする第１のアンド回路と、第
１、第２の位置検知信号を反転回路を介して入力とする
第２のアンド回路と、第１、第２のアンド回路の出力を
、第１、第２のトランジスタの付勢入力とする位置検知
装置により構成されたことを特徴とする１相の半導体電
動機。
（３）第（１）項記載の特許請求の範囲において、電気
角で１８０度の通電をしたときの出力トルクと位相が一
致した位置検知信号を発生せしめるように、固定電機子
側に固定された１個の磁電変換素子と、該変換素子のＮ
、Ｓ磁極による出力をリニヤ増巾をして第１の位置検知
信号を、又増巾して矩形波の第２の位置検知信号を得る
第１の電気回路と、奇数番目及び偶数番目の第１の位置
検知信号によりそれぞれ独立に充電される第１、第２の
コンデンサと、第１、第２のコンデンサに並列接続され
た第１、第２のスイッチング素子と、該スイッチング素
子を第一の位置検知信号により付勢して交互に導通せし
める第２の電気回路と、第１、第２のコンデンサの充電
電圧を設定された比率で減少して、それぞれに規準電圧
を加算して第１、第２の規準電圧を得る第３の電気回路
と、第１、第２の規準電圧と第１の位置検知信号の奇数
番目のものと偶数番目のものを比較する比較回路の出力
により、所要の位置検知信号列を得る位置検知装置とよ
り構成されたことを特徴とする１相の半導体電動機。
（４）第（１）項記記載の特許請求の範囲において、電
気角で１８０度の通電をしたときの出力トルクより位相
が所定角だけおくれた位置検知信号を発生せしめるよう
に、固定電機子側に固定された１個の磁電変換素子と、
該磁電変換素子のＮ、Ｓ磁極による出力をリニヤ増巾し
て位置検知信号を発生する第１の電気回路と、奇数番目
及び偶数番目の第１の位置検知信号によりそれぞれ独立
に充電される第１、第２のコンデンサと、第１、第２の
コンデンサの充電電圧を設定された比率で減少して、第
１、第２の規準電圧を得る第２の電気回路と、第１、第
２の規準電圧と第１の位置検知信号の奇数番目のものと
偶数番目のものを比較する比較回路の出力により、所要
の位置検知信号列を得る位置検知装置とより構成された
ことを特徴とする１相の半導体電動機。
（５）マグネット回転子ならびに固定電機子を備えた１
相の半導体電動機において、固定電機子の突極に装着さ
れた複数個の第１、第２、第３、・・・の電機子コイル
と、該電機子コイルに対向して、等しいピッチで、異極
が隣接するようにＮ、Ｓ磁極に着磁された前記したマグ
ネット回転子と、該マグネット回転子の磁極面に対向し
て固定電機子側に固定され、該回転子の位置を検出して
、磁極の磁界の強さに比例した位置検知信号を発生する
磁電変換素子と、マグネット回転子に対向する突極面を
回転方向に関して、初期の１／３位が所定の空隙長とな
るように、次の２／３位がより大きい空隙長となるよう
に削除してコギングトルクを発生せしめる手段と、第１
、２、３、・・・の電機子コイルの並列若しくは直列接
続体と、該接続体に供電して、往復して通電せしめる第
１、第２、第３、第４のトランジスタよりなるブリッジ
回路と、前記した磁電変換素子の出力により、等しいピ
ッチで、電気角で１８０度互いに離間するとともに、巾
が電気角で１４０度位の位置検知信号列を発生せしめる
電気回路を含む位置検知装置と、該電気回路より得られ
る奇数番目の位置検知信号及び偶数番目の位置検知信号
により、それぞれ前記した電機子コイルの接続体を含む
ブリッジ回路の第１、第３のトランジスタ若しくは第２
、第３のトランジスタを付勢して、電機子コイルの接続
体に往復して、通電するとともに、通電の初期の電気角
で１０度位と末期の電気角で３０度位の区間の通電を遮
断する通電制御回路と、電機子コイルの通電の終了した
ときの次の電気角で３０度位の区間において、該電機子
コイルに蓄積された磁気エネルギを放電して出力トルク
に加算せしめる手段とより構成されたことを特徴とする
１相の半導体電動機。
（６）第（５）項記載の特許請求の範囲において、電気
角で１８０度の通電をしたときの出力トルクより位相が
電気角で１０度位進んだ第１の位置検知信号を発生せし
めるように、固定電機子側に固定した第１の磁電変換素
子と、前記した出力トルクより位相が電気角で４０度位
おくれた第２の位置検知信号を発生せしめるように、固
定電機子側に固定された第２の磁電変換素子と、第１、
第２の位置検知信号を入力とする第１のアンド回路と、
第１、第２の位置検知信号を反転回路を介して入力とす
る第２のアンド回路と、第１、第２のアンド回路の出力
を第１、第２、第３、第４のトランジスタの付勢入力と
する位置検知装置により構成されたことを特徴とする１
相の半導体電動機。
（７）第（５）項記載の特許請求の範囲において、電気
角で１８０度の通電をしたときの出力トルクと位相が一
致した位置検知信号、を発生せしめるように、固定電機
子側に固定された１個の磁電変換素子と、該磁電変換素
子の出力をリニヤ増巾して第１の位置検知信号を、又増
巾して矩形波の第２の位置検知信号を得る第１の電気回
路と、奇数番目及び偶数番目の第１の位置検知信号によ
りそれぞれ独立に充電される第１、第２のコンデンサと
、第１、第２のコンデンサに並列接続された第１、第２
のスイッチング素子と、該スイッチング素子を第２の位
置検知信号により付勢して交互に導通せしめる第２の電
気回路と、第１、第２のコンデンサの充電電圧を設定さ
れた比率で減少して、それぞれに規準電圧を加算して第
１、第２の規準電圧を得る第３の電気回路と、第１、第
２の規準電圧と第１の位置検知信号の奇数番目のものと
偶数番目のものを比較する比較回路の出力により、所要
の位置検知信号列を得る位置検知装置とより構成された
ことを特徴とする１相の半導体電動機。
（８）第（５）項記載の特許請求の範囲において、電気
角で１８０度の通電をしたときの出力トルクより位相が
所定角だけおくれた位置検知信号を発生せしめるように
、固定電機子側に固定された１個の磁電変換素子と、該
磁電変換素子のＮ、Ｓ磁極による出力をリニヤ増巾して
位置検知信号を発生する第１の電気回路と、奇数番目及
び偶数番目の第１の位置検知信号によりそれぞれ独立に
充電される第１、第２のコンデンサと、第１、第２のコ
ンデンサの充電電圧を設定された比率で減少して、第１
、第２の規準電圧を得る第２の電気回路と、第１、第２
の規準電圧と第１の位置検知信号の奇数番目のものと偶
数番目のものを比較する比較回路の出力により、所要の
位置検知信号列を得る位置検知装置とより構成されたこ
とを特徴とする１相の半導体電動機。